Kompression / Verdichtung berechnen ?

BRIXWOLF

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Hallo

Da ich gerade den Zylinderkopf hier liegen habe dachte ich mir, ich kontrolliere mal das Verdichtungsverhältnis

Angegeben ist unser 250er Motor mit 8.9:1 (TU250 mit 9.2:1 weil anderer Zylinderkopf mit nur einem Krümmerausgang).

Nun kann ich nicht mit einer Plexiglasplatte auslitern, aber habe als Behelf meinen Zylinderkopf auf eine Küchenwaage gelegt und mit Wasser gefühlt.
Das Wasser mit etwas Seife behandelt um die Oberflächenspannung zu nehmen, den Kopf horizontal ausgerichtet (Wasserwaage) und so gut es geht "drüber gepeilt" um keine Beule zu bekommen und darauf geachtet, das nichts überläuft.

Kopf wasser.jpg
(Kopf mit Wasser)

Ergebniss: +28g = 28ml
Problem ist die Küchenwaage. Ich liege irgendwo zw. 28g und 29g. Wo genau weiß ich nicht ... im schlimmsten Fall ist es <1g (<1ml)
(Wie gesagt, das ist nicht perfekt, aber ich habe sehr sorgfältig gearbeitet!)

Zuerst muss ich den Brennraum berechnen:

VKolben = 36*36*3.1415926*61.2 = 249.176ml / Durchmesser ist gemessen, Hub aus dem Handbuch)
VTasche = 1ml / Das sind die 4 Taschen im Kolben für die Ventile - auch auf die Waage und ausgemessen

VHub = VKolben-VTasche = 248.176ml / Das ist das Hubvolumen MINUS der Taschen.

VDichtung = 1,5mm * 36*36*3.1415926 = 6.107ml / Zylinderkopfdichtung 1.5mm dick = Extravolumen
VZkopf = 28ml / Der ausgeliterte Kopf

VKompMax= VZkopf+VDichtung+VTasche = 35,107ml / Das ist das komplette Kopfvolumen

Verdichtung = (VHub+VKompMax) / VKompMax = 8,07 / Die Formel stimmt, oder?

Verdichtung = 8.1 : 1 anstatt 8.9:1

Wenn man jetzt einfach die 249 / 28 teilt sind es aber genau 8.89, das würde mit dem Handbuch übereinstimmen ...

So groß kann mein Messfehler gar nicht sein und es wäre schon ein großer Zufall wenn mein Messfehler bei 249/28 GENAU die angegeben Verdichtung ergeben würde!!! Habe ich also irgendwo einen Rechenfehler gemacht - oder ist das ein Fehler von WonJan/Brixton?




PS: Tatsächlich wäre eine niedrigere Kompression gut für die Haltbarkeit des Motors und gäbe mehr Spielraum für Tuningmassnahmen ....
 

simon77

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Hallo :)
Verdichtung = (VHub+VKompMax) / VKompMax = 8,07 / Die Formel stimmt, oder?
Ja, die Formel stimmt einmal.

Aber da hat sich ein Fehler eingeschlichen:
VHub = VKolben-VTasche = 248.176ml / Das ist das Hubvolumen MINUS der Taschen.
Die "Taschen" sind am oberen und unteren Totpunkt im Kolben, daher verändern sie nichts am Hub-Volumem!

Im Gegenteil, sie sind eben auch am oberen Totpunkt und damit Teil von "Residualvolumen".

Daraus folgt:
VKompMax = 29 ml
VHub = 249

Und mit deiner Kompressions-Formel ergibt das eine Verdichtung von 9,6 : 1

Und dieses Beispiel soll auch dazu dienen zu zeigen, wie groß sich ein winziger Messfehler von einem einzigen ml auf die Kompression auswirken kann !

Meine Interpretation von dem Messergebnis:
Du hast eine wirklich bemerkenswert genaue Messung in Summe hingelegt die zeigt, dass die vom Hersteller angegebene Kompression plausibel ist.
Aber die letzten +/- 0,5 "Einheiten" vom Kompressionsverhältnis wirst du mit Hausmitteln nicht zuverlässig messen können.

LG Simon

PS.
Wagen haben u.a. einen Prozentuellen Messfehler vom aufgelegten Gewicht. Das "auf Null stellen" behebt das leider nicht, da rechnet die Waage nur den vorherigen Wert minus.
Was ich meine:
Wenn du einen Zylinderkopf mit einem Gewicht im Kilogramm Bereich auf die Waage legst, ist die Messung von ein paar Gramm Flüssigkeit ungenauer, als wenn die gleichen paar Gramm Wasser in einer leichten Plastikschüssel auf der Waage liegen.

Abgesehen vom "Danebenschütten" wäre es also besser du leerst das Wasser irgendwo anders hin um zum abwiegen.

... Andererseits war ja eh die letzte angezeigte Stelle auf der Waage der Limitierende Faktor. Das wäre also nur bei einer genaueren Waage relevant.
 

BRIXWOLF

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Hallo :)

Ja, die Formel stimmt einmal.

Aber da hat sich ein Fehler eingeschlichen:

Die "Taschen" sind am oberen und unteren Totpunkt im Kolben, daher verändern sie nichts am Hub-Volumem!

Im Gegenteil, sie sind eben auch am oberen Totpunkt und damit Teil von "Residualvolumen".

Daraus folgt:
VKompMax = 29 ml
VHub = 249

OK ist klar kleiner Denkfehler meinerseits. Ist ja oben und unten vorhanden, ändert also nichts!

Und mit deiner Kompressions-Formel ergibt das eine Verdichtung von 9,6 : 1

Wie kommst du auf die 9.6?

(VHubneu+VKompMax) / VKompMax
VKompMax= VZkopf+VDichtung+VTasche
28 / 6.107 / 1

249.176 + 35.107 / 35.107 = 8.0976

Da hat sich fast gar nichts verändert. Ich runde auf 8.1 auf, das war vorher schon so ...


Und dieses Beispiel soll auch dazu dienen zu zeigen, wie groß sich ein winziger Messfehler von einem einzigen ml auf die Kompression auswirken kann !

Also fast gar nicht :)

Meine Interpretation von dem Messergebnis:
Du hast eine wirklich bemerkenswert genaue Messung in Summe hingelegt die zeigt, dass die vom Hersteller angegebene Kompression plausibel ist.

Ich finde die noch nicht plausibel, oder wenn das so ist habe ich es noch nicht verstanden, lasse es mir aber gerne erklären.

Aber die letzten +/- 0,5 "Einheiten" vom Kompressionsverhältnis wirst du mit Hausmitteln nicht zuverlässig messen können.

Ich weiß noch nicht ob meine obige Rechnung jetzt wirklich stimmt, aber 0.8 Unterschied sind von den 8.9 gute 10% Abweichung. Ich traue meinen Messungen schon so weit, dass ich nicht 10% daneben liege.


LG Simon

PS.
Wagen haben u.a. einen prozentuellen Messfehler vom aufgelegten Gewicht. Das "auf Null stellen" behebt das leider nicht, da rechnet die Waage nur den vorherigen Wert minus.

Ist klar, meine Küchenwaage war auch fast am Anschlag mit dem Kopf. 5% gebe ich der Waage gerne, aber das sind dann statt 28ml irgendetwas zw. 26.6 und 29.4. Um dichter an das Handbuchsverhältniss zu kommen muss ich den kleineren Wert nehmen und damit hätte ich dann ein Verhältnis von

249.176 + 33.707 / 33.707 = 8,4

0.3 besser wenn ich vom maximalen Fehler ausgehe -immer noch 5.6% falsch - und das ist der beste angenommene Wert für das WonJan/Brixton Handbuch

Was ich meine:
Wenn du einen Zylinderkopf mit einem Gewicht im Kilogramm Bereich auf die Waage legst, ist die Messung von ein paar Gramm Flüssigkeit ungenauer, als wenn die gleichen paar Gramm Wasser in einer leichten Plastikschüssel auf der Waage liegen.

Jedes Messmittel, zeigt am oberen Ende seines Messbereichs genauer als am unteren. In diesem Fall, spielt das aber keine Rolle glaube ich, weil ich die 28ml sowohl gewogen, als auch aus einer 30ml medizinischen Spritze eingefüllt hatte. Beide Messmittel zeigten den gleichen (28ml/g) Wert an,
Wie gesagt, ich traue eher meiner Mathematik nicht (wie du zeigtest zu Recht - obwohl, das war wohl eher Physik!) als meinem messen :)
IMG_20220117_134151.jpg

Abgesehen vom "Danebenschütten" wäre es also besser du leerst das Wasser irgendwo anders hin um zum abwiegen.

... Andererseits war ja eh die letzte angezeigte Stelle auf der Waage der Limitierende Faktor. Das wäre also nur bei einer genaueren Waage relevant.
 
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simon77

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Wie kommst du auf die 9.6?

(VHubneu+VKompMax) / VKompMax
VKompMax= VZkopf+VDichtung+VTasche
28 / 6.107 / 1

249.176 + 35.107 / 35.107 = 8.0976

Da hat sich fast gar nichts verändert. Ich runde auf 8.1 auf, das war vorher schon so ...
Ja, sorry, war ein Fehler meinerseits.
Ich hab übersehen, dass VDichtung zum VKompMax dazu zählt ... 🥴


Ich weiß noch nicht ob meine obige Rechnung jetzt wirklich stimmt, aber 0.8 Unterschied sind von den 8.9 gute 10% Abweichung. Ich traue meinen Messungen schon so weit, dass ich nicht 10% daneben liege.
Abgesehen von meinem gravierenden Rechenfehler wollte ich zeigen, dass nicht alle Fehler linear eingehen.
Die Mathematik dahinter ist die Fehlerfortpflanzung

In diesem Fall ist es ein bisschen Komplizierter, weil du durch die Varialbe (VKompMax) durchdividierst ("1/x" Abhängigkeit). Wenn man die Fehlerfortpflanzung auf die Formel der Verdichtung anwendet (im "Arbeitspunkt" VKompMax=35ml ; VHub=249ml !) kommt man auf Folgende linearisiert Abhängigkeit des Messfehlers (des KompMax-Volumens) auf die Verdichtung:

Delta-Komprimierung = - Delta-VKompMax * 0.203 / ml ~ - Delta-VKompMax / 5ml
  • Minus Vorzeichen bedeutet: VKompMax wird größer -> Komprimierung wird kleiner
  • Konkrete Bedeutung: Ein Messfehler von 1 ml (des VKompMax) ergibt eine absolute Änderung des Komprimierungsverhältnisses von 0.2
    (bzw. 5ml ergibt eine absolute Änderung des Komprimierungsverhältnisses von 1)
  • Wenn du das in ein Prozentuelles Verhältins umrechnest kommt raus, dass ein Messfehler von x-% sich im Ergebnis um das 7-fache in % auswirkt.
    Also ein Messfehler des VKompMax von 2% ergibt einen Fehler im Komprimierungsverhältnis von 14%

Ich weiß noch nicht ob meine obige Rechnung jetzt wirklich stimmt, aber 0.8 Unterschied sind von den 8.9 gute 10% Abweichung. Ich traue meinen Messungen schon so weit, dass ich nicht 10% daneben liege.
Eben nicht.
Ein Messfehler des VKompMax von 1,5 % reicht aus um einen Fehler von 10% im Komprimierungsverhältnis zu haben.


In diesem Fall, spielt das aber keine Rolle glaube ich, weil ich die 28ml sowohl gewogen, als auch aus einer 30ml medizinischen Spritze eingefüllt hatte. Beide Messmittel zeigten den gleichen (28ml/g) Wert an,
Wie gesagt, ich traue eher meiner Mathematik nicht (wie du zeigtest zu Recht - obwohl, das war wohl eher Physik!) als meinem messen :)
Anhang anzeigen 14903
Der Spritze würde ich in diesem Fall mehr trauen als der Waage :)👍
 
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simon77

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PS.
allen Kommentaren über den fehlende Relevanz stimme ich lächelnd und Kopf-nickend zu 😊

Trotzdem haben manche ihren Spaß bei solchen Überlegungen - und für irgendetwas muss sich doch mein Physik-Studium auszahlen ;)
Ergänzung ()

Delta-Komprimierung = - Delta-VKompMax * 0.203 / ml ~ - Delta-VKompMax / 5ml
  • Minus Vorzeichen bedeutet: VKompMax wird größer -> Komprimierung wird kleiner
  • Konkrete Bedeutung: Ein Messfehler von 1 ml (des VKompMax) ergibt eine absolute Änderung des Komprimierungsverhältnisses von 0.2
    (bzw. 5ml ergibt eine absolute Änderung des Komprimierungsverhältnisses von 1)
  • Wenn du das in ein Prozentuelles Verhältins umrechnest kommt raus, dass ein Messfehler von x-% sich im Ergebnis um das 7-fache in % auswirkt.
    Also ein Messfehler des VKompMax von 2% ergibt einen Fehler im Komprimierungsverhältnis von 14%

Ich hab mich schon wieder vertan ... :rolleyes:

Die Formel und die zwei ersten Punkte sind richtig, aber wenn man sich den relativen Fehler ausrechnet, dann geht der nicht mit dem Faktor 7 ein, sondern nur mit 0,88.
10% Messfehler wirken sich mit 8,8% im Ergebnis aus.

Was hab ich jetzt gezeigt?
Genau garnicht's ...

Ich dachte eigentlich, dass sich in diesem Fall der Messfehler größer auswirkt, aber in diesem Arbeitspunkt (!) fließt er "zufällig" ziemlich genau 1:1 in's Ergebnis mit ein.
 
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BRIXWOLF

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Ich dachte eigentlich, dass sich in diesem Fall der Messfehler größer auswirkt, aber in diesem Arbeitspunkt (!) fließt er "zufällig" ziemlich genau 1:1 in's Ergebnis mit ein.

Dazu kommt noch, dass wir hier versuchen einen (nicht vorhandenen ;), aber möglichen) Messfehler in Richtung der Handbuchsangabe zu korrigieren. Wir haben aber keinerlei Hinweis, das das auch stimmt. Eine genauere Messung, könnte mit der gleichen Wahrscheinlichkeit die Verdichtung auch weiter reduzieren ...

Ich weiß, das ich ziemlich gut gemessen habe, dazu kommt noch, dass die Kopfdichtung in Wirklichkeit noch etwas weiter als 72mm ist und damit die Verdichtung tendenziell noch geringer ausfallen würde ...

Da ich die Leistung die auch im Handbuch steht lt. Prüfstand auch habe und überschreite (mit einer Verdichtung von 8.1:1) bedeutet das nur, dass ein Experiment mit einem 292cc Zylinder (78mm Kolbendurchmesser) völlig gefahrlos stattfinden könnte. Damit käme man gerade mal auf eine Verdichtung von 9.1:1, was völlig problemlos ist!

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EDIT:
Das wäre ein Anstieg der Verdichtung um 12.35%. Würde die Leistung damit auch um 12.35% steigen? Ist das so linear?
Das wären bei der 250 dann anstatt 17.5PS (lt Prüfstand) 19.66PS. Das erscheint mir wenig, nach allem was ich so gesehen und gelesen habe - wobei es mir eher um Drehmoment ginge ...
 
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Bike Mike

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Dazu kommt noch, dass wir hier versuchen einen (nicht vorhandenen ;), aber möglichen) Messfehler in Richtung der Handbuchsangabe zu korrigieren. Wir haben aber keinerlei Hinweis, das das auch stimmt. Eine genauere Messung, könnte mit der gleichen Wahrscheinlichkeit die Verdichtung auch weiter reduzieren ...

Ich weiß, das ich ziemlich gut gemessen habe, dazu kommt noch, dass die Kopfdichtung in Wirklichkeit noch etwas weiter als 72mm ist und damit die Verdichtung tendenziell noch geringer ausfallen würde ...

Nicht auszudenken wie ein nur leicht undichtes Ventil das Ergebnis beeinflussen könnte.... :eek:
;)
 

BRIXWOLF

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Nicht auszudenken wie ein nur leicht undichtes Ventil das Ergebnis beeinflussen könnte.... :eek:
;)
Eigentlich egal, ich habe einen definierten, gesicherten Startpunkt. Ob dabei ein Ventil (oder was auch immer) undicht ist oder nicht wäre egal. Schlecht wäre, wenn es undicht würde ... aber auch da gilt, die Wahrscheinlichkeit, dass das a) bei einem fast neuen Motor und b) ausgerechnet während ich das noch ständig prüfe passiert, ist gering. Ich lasse es mal darauf ankommen 🤪
 

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Am Verdichtungsverhältnis ändert die Dichtigkeit der Ventile nichts.

Am tatsächlichen Vorgang der Verdichtung des Gemischs ändert sich praktisch auch nichts, außer dass dir früher oder später das undichte Ventil wegglüht.
 

simon77

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Das wäre ein Anstieg der Verdichtung um 12.35%. Würde die Leistung damit auch um 12.35% steigen? Ist das so linear?
Das wären bei der 250 dann anstatt 17.5PS (lt Prüfstand) 19.66PS. Das erscheint mir wenig, nach allem was ich so gesehen und gelesen habe - wobei es mir eher um Drehmoment ginge ...

Verdichtung ist ja bei weitem nicht der einzige Einfluss auf die Leistung, sonst wäre ein 125er Motor mit einer Verdichtung von 1:9 stärker als ein 2-Liter Motor mit einer Verdichtung von 1:8.5
 

BRIXWOLF

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Verdichtung ist ja bei weitem nicht der einzige Einfluss auf die Leistung, sonst wäre ein 125er Motor mit einer Verdichtung von 1:9 stärker als ein 2-Liter Motor mit einer Verdichtung von 1:8.5
Klar, dann formuliere präziser:

Was wäre der "theoretische" Leistungszuwachs eines Motors, wenn man alles (in diesem Fall insbesondere Hubraum) unverändert lässt und nur die Kompression um X% erhöht?

Über 160 Jahre Viertaktmotor und kurz vor Ende desselben muss es für diese Annahme doch eine Formel geben?
 
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Der Raucher

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Das wäre ein Anstieg der Verdichtung um 12.35%. Würde die Leistung damit auch um 12.35% steigen? Ist das so linear?
Ich bin heute ein wenig zu faul zum Lesen, Verstehen und Abtippen.
Vielleicht hilft es ja weiter:

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(H. Hütten, "Schnelle Motoren, 8. Auflage, 1985)

Man muss nicht alles wissen. Man muss wissen, wo es steht.
 
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